大型建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的長效防腐涂裝設(shè)計
        
                                  
                    
        作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    					
        
					時間：2009-12-22 20:26:10					[收藏]
        
               
        
                
        摘 要：本文主要對大型建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝設(shè)計做了簡要闡述，分析它的設(shè)計壽命和年均使用成本，提供一些長效和超長效的涂層體系方案和實際應(yīng)用工程案例；將施工質(zhì)量控制、關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)等做了說明，對大型鋼結(jié)構(gòu)建				
        				
        

               
        
               
          
				摘 要：本文主要對大型建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝設(shè)計做了簡要闡述，分析它的設(shè)計壽命和年均使用成本，提供一些長效和超長效的涂層體系方案和實際應(yīng)用工程案例；將施工質(zhì)量控制、關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)等做了說明，對大型鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的業(yè)主、設(shè)計、鋼結(jié)構(gòu)總包及涂料廠家等有一定借鑒和參考作用。
          
關(guān)鍵詞：大型建筑鋼結(jié)構(gòu)、防腐涂裝、涂裝體系、年均成本、施工質(zhì)量控制、設(shè)計要素
          

          
　1.前言
          
　　鋼結(jié)構(gòu)由于自重輕、抗震性好、環(huán)保、可做成大跨度大空間建筑、施工快等一系列優(yōu)點而在近幾十年來獲得蓬勃的發(fā)展。但鋼結(jié)構(gòu)也有一些不可忽視的不足，主要是易腐蝕、不耐高溫。若不做好防腐導(dǎo)致建筑鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命大大縮短，造成安全隱患、并且維護困難，成本高昂。如果腐蝕和防火問題不能得到很好的解決，將阻礙鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)中的發(fā)展。本文就此對鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝設(shè)計做了著重探討。
          
2.國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝設(shè)計標準
          
　　國內(nèi)，目前國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》[1]和《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》[2]以及《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》[3]，都涉及到鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝設(shè)計的指導(dǎo)，但內(nèi)容較少，隨著鋼結(jié)構(gòu)和防腐涂裝工業(yè)的發(fā)展，這三份標準還應(yīng)該進一步充實鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝設(shè)計方面的內(nèi)容。
          
　　國際上，目前最普遍的涂裝設(shè)計思路主要是引用 ISO12944《鋼結(jié)構(gòu)防護涂料系統(tǒng)的防腐蝕保護》[4]。該標準自1998年推出之后，受到全世界鋼結(jié)構(gòu)防腐界的好評，并被廣泛的應(yīng)用。它是將從事防腐涂裝工程的業(yè)主、設(shè)計人員、咨詢顧問、涂裝承包商、涂料生產(chǎn)企業(yè)等各方面所關(guān)注的問題和關(guān)鍵技術(shù)匯編而成的標準，提供了重要的參考。這套標準同時獲得了歐洲委員會的批準認可，所以它實際取代了一些國家的標準，如英國的BS5493，德國的DIN55928等。本文提供的涂裝體系的設(shè)計也主要是采用該標準的思路。
          
3.大型建筑鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝壽命及年均使用成本分析
          
　　目前國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)普遍存在只關(guān)心工程建成造價，不重視鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命和防腐失效后的維護，這將縮短工程的使用壽命，同時造成今后的維護困難和后續(xù)成本的大大增加，不符合國家可持續(xù)性發(fā)展的策略。
          
　　在工程設(shè)計中，為了在眾多滿足安全性和耐久性的方案中找出經(jīng)濟性最優(yōu)的方案，需要應(yīng)用“全壽命經(jīng)濟分析法（LCCA）”（Life Cycle Cost Analysis）， 或譯為“壽命周期成本分析法”。其基本思想是：在設(shè)計施工階段，是選擇“事先防護”，還是選擇 “壞了再修”，都需作出經(jīng)濟預(yù)算和比較。承建者要對工程的“全壽命”負責到底，以避免“短期行為”給后人帶來的麻煩和巨大的經(jīng)濟損失。
          
　　3.1 鋼結(jié)構(gòu)涂裝防護設(shè)計壽命
          
　　設(shè)計壽命是指涂料系統(tǒng)在第一次大修前的使用壽命，第一次大修前指涂層修飾面積達到ISO4628-3標準的Re3級，銹蝕面積為1%（等同于ASTM D610的6級），而且此時維修效果最好、同時最為經(jīng)濟[5]。
          
　　高層鋼結(jié)構(gòu)建筑大樓，通常是城市標志性建筑，但考慮到鋼結(jié)構(gòu)大多隱匿于墻體中，其防腐涂裝維修十分困難、維修難度大、成本又高。所以通常選擇長效保護，盡量將第一次大修期延長。對于高層鋼結(jié)構(gòu)大樓，設(shè)計使用壽命接近或為50年的，建議鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝壽命設(shè)計不低于25年，超過50年的，設(shè)計壽命不低于30年。
          
　　對機場、體育館、會展中心等大型鋼結(jié)構(gòu)建筑，鋼結(jié)構(gòu)防腐失效后，因涉及到高空作業(yè)、停止營運等情況，維護同樣困難和成本高。如工程設(shè)計使用壽命接近或為50年，建議鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計壽命為不低于15年，如考慮年均使用成本，為25年。
          
　　3.2 鋼結(jié)構(gòu)涂裝防腐年均使用成本
          
　　鑒于國際上目前廣泛采用的是涂裝年均成本，而非一次性投資成本，以下為涂裝年均使用成本核算公式，供參考：
          

          

          
式中：A：始涂裝費用 B、第一次大修費用，
          
　　　C：維修導(dǎo)致的停業(yè)損失 D、使用壽命年限
          
　　顯然，使用壽命愈長，則涂裝年均使用成本愈小。考慮到涂裝維修常常會遇到施工困難的情況，難以達到好的的涂裝效果，建議第一次的涂裝盡量選擇優(yōu)質(zhì)重防腐涂料配套體系，以期更長效的設(shè)計壽命。
          
4.大型鋼結(jié)構(gòu)建筑的長效保護防腐涂裝體系
          
　　根據(jù)大型建筑鋼結(jié)構(gòu)的合理防護壽命要求以及涂裝年均使用成本，同時參考ISO12944制定涂裝體系的思路，本文制定了長效保護涂裝體系見表4.2，表4.3，表中按不同腐蝕環(huán)境和防腐設(shè)計年限提供了對應(yīng)的涂裝體系。
          
ISO12944制定涂裝體系的主要思路
          

          

          

          

          

          

          

          

          

          

          
5.防腐涂裝設(shè)計工程案例
          

          

          
　　北京機場3號航站樓（建設(shè)時間：2004.03-2008.02），08年北京奧運配套工程，建筑面積98.6萬平方米，是目前世界上最大的單體航站樓。其中屋面為曲面鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，用鋼量約2.1萬噸，面積約33萬平方米。其防腐設(shè)計方案如下：
          
　　1）鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝設(shè)計年限：25年； 
          
　　2）腐蝕環(huán)境等級：C3
          
　　3）富鋅底漆的干膜鋅粉含量超過80%
          

          

          
　　備注：該工程最終采用了海虹老人牌的產(chǎn)品：環(huán)氧聚硅氧烷面漆55000，環(huán)氧厚漿漆45880，環(huán)氧富鋅漆17360。
          
6.防腐涂裝施工的質(zhì)量控制
          
　　涂料界有句俗話說：“三分料、七分工”，這句話說明了施工質(zhì)量對涂裝體系完工后質(zhì)量效果的重要性。對長效保護的鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝工程，除了要采用性能優(yōu)異的涂料品種，同時應(yīng)該嚴格控制涂裝施工質(zhì)量。如果施工質(zhì)量不好，則會導(dǎo)致花了高成本確得不到預(yù)期的效果，造成不必要的損失和浪費。因此在設(shè)計環(huán)節(jié)中，應(yīng)盡量將施工質(zhì)量控制的要素及方式體現(xiàn)出來，如明確規(guī)定可施工的環(huán)境條件，膜厚的檢測標準，表面處理的要求等，避免施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量疏漏。以下為一個典型的鋼結(jié)構(gòu)涂裝工程質(zhì)量管理體系統(tǒng)圖[6]，供參考。
          

          

          
7.涂裝的整體解決方案和設(shè)計的關(guān)鍵要素
          
　　綜合考慮業(yè)主、設(shè)計院、鋼結(jié)構(gòu)公司、涂裝施工方、涂料生產(chǎn)商、及環(huán)境和社會發(fā)展的需求，大型建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的防腐涂裝就是一個整體解決方案。如果要保證防腐涂裝到預(yù)期的效果，即達到防腐設(shè)計年限、年均使用成本合理、施工方便易控制、應(yīng)用產(chǎn)品符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的國家政策、外觀效果好等目標。在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝時，至少應(yīng)把握以下一些關(guān)鍵要素。
          
　　1） 明確鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝設(shè)計使用壽命年限
          
　　2） 辨別工程所處的腐蝕環(huán)境
          
　　3） 制定合理涂層系統(tǒng)（底中面漆種類即相應(yīng)干膜厚度）
          
　　4） 設(shè)計關(guān)鍵涂裝參數(shù)(表面處理要求、涂裝方式、富鋅漆鋅粉含量)
          
　　5） 涂裝施工過程質(zhì)量控制（干膜厚度、表面清潔度、氣候條件等檢測）
          
由于只有施工質(zhì)量得到保證，整個涂裝體系才能達到設(shè)計的效果，設(shè)計中應(yīng)明確一些關(guān)鍵的施工條件，不同的施工方式其效果、成本差別較大。
          
　　6） 環(huán)保要求（如VOC含量、是否含有重金屬等）
          
建議在防腐涂裝設(shè)計中，選擇一些高固含（低VOC）、不含重金屬（如鉛、鉻）、對施工人員危害小的涂料。
          
　　7） 面漆的耐侯性
          
對于大型建筑如機場、體育場、展館等的鋼結(jié)構(gòu)的涂裝，因為通常是標志性項目，其外觀也很重要，一旦失光、變色，雖然整個涂裝系統(tǒng)沒有腐蝕破壞、考慮到外觀效果，業(yè)主也會考慮翻新?，F(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的長效防腐面漆為聚氨酯面漆，但通常聚氨酯面漆的維護期為5-10年，如果使用氟碳面漆和聚硅氧烷面漆則維護期可以延長到15年，對外觀要求高的工程可以考慮這兩種面漆。
          
　　8） 主要引用相關(guān)防腐涂裝的標準。
          
應(yīng)用廣泛和權(quán)威的標準是涂裝設(shè)計方案的是否合理的參考和保障。
          
8.結(jié)論
          
　　1）大型鋼結(jié)構(gòu)的防腐涂裝應(yīng)考慮長效保護、需要應(yīng)用“全壽命經(jīng)濟分析法（LCCA），對始建成本和年均使用成本綜合分析，選擇優(yōu)質(zhì)重防腐涂料與涂裝工藝。
          
　　2）防腐涂裝的涂層配套體系的設(shè)計可以重點參考ISO12944，同時在設(shè)計中明確一些施工條件，注重施工過程的質(zhì)量控制。
          
　　3）大型建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的防腐涂裝是一個整體解決方案，應(yīng)設(shè)定一些關(guān)鍵設(shè)計要素，綜合考慮業(yè)主、設(shè)計院、鋼結(jié)構(gòu)公司、涂裝施工方、涂料生產(chǎn)商、及環(huán)境和社會發(fā)展的需求。
          

          
參考資料
          
[1] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003， 中華人民共和國建設(shè)部/國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布，中國計劃出版社， 2003
          
[2] 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB50205-2001， 中華人民共和國建設(shè)部/國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布，中國計劃出版社， 2002
          
[3] 工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)GB50046-1995， 中華人民共和國化學工業(yè)部主編， 中國計劃出版社， 1996
          
[4] ISO12944，Paints and Varnishes-Corrosion Protection of Steel Structures by Protective Paints Systems 1998
          
[5] 劉新、時虎， 鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕和防火涂裝， 北京化學工業(yè)出版社工業(yè)裝備與信息工程出版中心， 2005
          
[6] 吳賢官，建設(shè)工程涂裝質(zhì)量管理， 化學工業(yè)出版社， 2004          
		  
          				
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